十问“朱诺”号

郑佳文

2016年7月5日，全世界都被一颗行星刷屏了。是朱庇特（Jupiter），太阳系八大行星中最大的木星。美国国家航天航空局（NASA）当天证实，在接近5年的飞行之后，“朱诺”号（Juno）探测器成功进入木星轨道。距离第一任“伽利略”号结束木星探测任务，人类和木星已经分离了13年。

人类对木星的了解有多少？“朱诺”号到达木星轨道有何意义？了解木星对人类有多重要？本文将回答这些问题。

1、木星有什么特点？

木星是太阳系八大行星中体积最大、自转最快的行星。它的直径约为14.3万公里，体积是地球的1321倍，质量是地球的318倍。木星是个气态巨行星。之所以体型庞大，是因为木星具有吞噬作用，比如它就曾吞噬过一个10倍地球大小的行星。木星是如此庞大，以至于太阳系内所有其他行星都可以被塞进木星的“大肚子”里。

2、木星是如何形成的？

45亿年前，太阳系所在的位置是一团浓厚的气体尘埃云。在万有引力的作用下，粒子加速凝聚，最后整个质量坍缩成一个致密的天体（太阳）。太阳形成后，剩下的气体和尘埃变成一团围绕太阳的气云;经过粒子互相碰撞再组合，形成了围绕太阳旋转的行星，而木星就是太阳的第一个“孩子”。

木星所在之处被称为“冻结线”。在那里，大量气体和尘埃凝结后形成一个巨大的天体，不断吞噬周围星盘里的氢。有一种假说认为，在太阳系初期，木星存在固体内核，后来由于吸收了大量气体和尘埃，木星内部气体在快速的自转下产生高温，将固体内核融化了。因此，木星现在没有实体表面，而是一颗由90%的氢和10%的氦及微量的甲烷、水、氨水和二氧化硅组成的气态行星。

由于与太阳的构成元素相似，木星又被称为“小太阳”或“褐矮星”（失败的恒星，质量介于最小恒星与最大行星之间的天体）。木星及其数量众多的卫星又构成了一个小型的太阳系，有科学家甚至相信木星的卫星中存在宜居地。

3、木星上有什么奇特现象？

木星上最奇特的现象莫过于“钻石雨”。科学家发现，木星大气中的甲烷在强闪电的作用下会变成煤灰态的碳;在煤灰下降的过程中，逐渐增强的气压会让碳转化为石墨;下降4000英里后，瞬间的高温高压又会让石墨转化为金刚石。

不过，遗憾的是，金刚石继续下降两万英里到木星内部后，内核的高温高压可能让金刚石再次熔解成一片由液态碳构成的汪洋。

4、在“朱诺”号之前，有其他探测器进入木星轨道吗？

在“朱诺”号之前，同样由NASA发射的“伽利略”号曾在1995年进入木星轨道。“伽利略”号1989年从地球出发，历经6年到达木星轨道。在木星工作的8年期间，“伽利略”号围绕木星运行30多圈，向地球发送了万余张照片。通过“伽利略”号，人类第一次清晰地看到木星及其表面的细节，科学家第一次对木星的大气进行直接测量。

到2003年，“伽利略”号燃料消耗殆尽。由于“伽利略”号在发射前未经过消毒无菌处理，为了不让“伽利略”号给木卫二带去可能的生命体，“伽利略”号用最后剩下的燃料撞向木星，完成了使命。自此，人类和木星一别13年。

5、“朱诺”号的命名有何深意？

朱诺是希腊罗马神话中天神朱庇特的妻子。朱庇特曾恶作剧地在身体周围制造一层薄雾将自己藏起来，其他神和人都无法看见被薄雾包裹的他，只有朱诺能够透过薄雾看到朱庇特。科学家们希望通过“朱诺”号去“驱散”包裹着木星“朱庇特”的薄雾。

6、“朱诺”号怎样到达木星轨道？

2011年8月，造价高达11亿美元的“朱诺”号被发射进入地球绕太阳的公转轨道。绕太阳狂奔近两年后，2013年10月，“朱诺”号回到地球附近，利用地球的引力弹弓效应进一步加速，进入火星轨道。接着，“朱诺”号沿着火星轨道跑一圈后，开始冲向木星。2016年7月5日，在历经4年11个月、跨越28亿公里后，“朱诺”号终于到达木星轨道。

7、“朱诺”号将面临什么样的任务环境？

这次任务被媒体称为宇航界最胆大、最艰难的一次任务。首先，木星是太阳系里最大的行星，这里有着太阳系最强大的磁场和辐射。“朱诺”号靠近木星后，将承受高达2000万拉德的辐射，而太空中的辐射只有 0.39拉德。

其次，木星自转速度很快，自转一圈只需要不到10小时。在高速的自转下，各种被离心力甩出的物体都将成为木星对外发射的“武器”，“朱诺”号有可能遭遇无妄之灾。

除此之外，木星被大大小小60多个卫星天体包围，这些天体的引力可能对“朱诺”号的飞行轨道产生影响。 怎样精确地穿过它们、怎样修正运行轨道，都是科学家面临的难题。

8、“朱诺”号携带着什么特殊装备？

要保障“朱诺”号顺利执行任务，科学家首先要解决的是能源问题。木星距离太阳5.205天文单位，日照量为地球的1/25，因此，“朱诺”号配有3个太阳能电池板，每个电池板长达20米。

其次，木星的强磁场和辐射会让普通探测器彻底报废。为此，科学家制作了一个1厘米厚、重达400磅的钛合金防护罩，将“朱诺”号所有的科学仪器都保护在下面。

此外，科学家还为“朱诺”号设定了一个拉长版的椭圆轨道，这样可以避免探测器与木星辐射带长期接触。

9、我们可以期待“朱诺”号有什么发现？

按照NASA的规划，每隔14天，“朱诺”号将环绕木星一周。每绕过木星极点，“朱诺”号的轨道就会发生一点变化，以便扫描不同的区域，全景探测木星。

“朱诺”号将环绕木星运行20个月，收集有关该行星核心的数据，描绘其磁场，并测量大气中水和氨的含量。另外，“朱诺”号还会观察木星表面著名的大红斑，一个持续了数百年的风暴，从而揭示其深层的秘密

首先，“朱诺”号将从木星的北极点观测极光，计算木星云层里的含水量， 检测木星大气的具体成分，测量木星环的宽度。它呈现的木星磁场图像，将帮助科学家研究木星的内部动力学，了解木星表面的大红斑和强对流云如何形成。

其次，“朱诺”号还将验证木星是否存在固态核心，让科学家进一步了解这颗巨大的气体行星如何形成。“木星是太阳系第一颗行星，起源于太阳形成后的残留气体和尘埃，而地球又起源于木星形成后的残留气体和尘埃，”NASA说，“也就是说，了解木星的构成对揭示太阳系甚至地球的起源至关重要。”

最后，“朱诺”号对木星重力的研究有助于人类了解地球的宇宙环境。美国科学家认为，木星的强大引力还曾将另一颗神秘的巨大行星踢出太阳系，木星因此跳跃到更高的轨道，这才为地球和火星的存在制造了条件。

10、“朱诺”号的结局如何？

尽管拥有多重保护，“朱诺”号依旧会在木星高辐射、高压强下逐渐瘫痪。 在环绕木星7圈后，木星磁场会彻底摧毁“朱诺”号搭载的相机。届时，它将在“全瞎”的状态下利用其他探测器探测木星的磁场、重力和等离子场等等。

和前任“伽利略”号一样，在环绕木星32圈、跨越2700英里后，科学家会在2018年2月左右让“朱诺”号撞向木星，在木星的大气中毁灭。